多通道ScanSAR成像仿真研究

多通道雷达系统能够克服传统合成孔径雷达（SAR）的局限。其中一个应用是在偏置相位中心方位向多波束模式（DPCMAB）中利用方位向多孔径SAR信号重构,有效实现了高分辨率宽测绘带成像。下一步的研究重点是高方位分辨率超宽测绘带成像。基于此,文章探讨在ScanSAR模式下的多通道SAR系统,分析多孔径重构结合ScanSAR模式出现的问题,通过多通道频域重构算法结合burst模式下的RD算法实现了多通道ScanSAR[1]成像。仿真中所设计的系统够实现在几何分辨率4.95m下测绘带宽达到350km以上。     

高分辨率宽测绘带Scan SAR压缩感知成像算法研究

高方位向分辨率和宽测绘带对合成孔径雷达（Synthesis Aperture Radar, SAR）系统设计提出了矛盾的要求。为获得高分辨率宽测绘带地面图像,提出了一种基于扫描模式SAR（Scan SAR）及压缩感知（Compressive Sensing, CS）理论的解决方法。Scan SAR可获得宽测绘带,然而各子测绘带方位向照射不完整,导致了低的方位向成像精度。所提出的方法首先对子测绘带数据进行方位向补零,并完成距离压缩和距离徙动校正;在方位向有效数据行中进行随机取样构成新的数据矩阵;根据取样指标集构建合理的重建矩阵,通过ROMP算法重建出完整的方位向点目标位置信息;通过子测绘带图像拼接,即可获得高分辨率宽测绘带地面图像。仿真结果表明了所提出方法的有效性。      

利用分布式小卫星InSAR系统获取宽域、 高分辨率、高精度三维地形

 传统星载SAR系统受最小天线面积条件的限制,其横向分辨率与测绘带宽度相矛盾,无法同时实现大测绘带和高横向分辨率.分布式小卫星SAR系统可使这一矛盾得到解决.当分布式小卫星的构形为三维超大立体阵时,还可以同时获得地面场景的高度信息.然而,三维超大立体阵构形的分布式小卫星InSAR系统对数据处理提出了很多挑战.其中,数据配准(宽带阵问题)和自适应处理时样本的选取问题是两大关键挑战.本文的研究目的在于解决分布式小卫星InSAR系统所面临的这些问题,以实现大测绘带、高分辨率和高精度的三维地形重构.仿真实验结果证明了本文方法的有效性.     

一种基于SPECAN卷积的聚束式SAR宽场景高分辨成像算法

针对聚束式SAR成像,提出了一种基于谱分析（SPECAN）卷积的宽场景高分辨成像算法。该算法主要利用SPECAN卷积对回波方位实现了多普勒去模糊,推导二次相位补偿项,可实现信号支撑区相干性恢复。利用SPECAN卷积和相位补偿实现了信号二维频谱解模糊,同时保持了相位规律,所以可利用高精度的距离徙动算法（RMA）实现高分辨聚焦。区别于传统的聚束式SAR成像算法,基于SPECAN卷积的算法不引入近似,可应用于大场景高分辨聚柬成像。仿真试验验证了该方法的有效性和优越性。     

多通道SAR误差估计与补偿方法及其实测数据验证

多通道SAR系统能够突破最小天线面积条件的约束,同时获得宽测绘带、高分辨率的SAR图像。相对于单通道SAR系统,多通道系统中存在更多的误差源,这将大大降低SAR图像的质量。利用一组三通道SAR实测数据作为实验对象,根据各种误差源对SAR成像处理的影响,对系统中可能存在的各种误差源进行了分类并给出相应补偿方法。实测数据的处理结果验证了以上方法的有效性。     

高分辨无人机载SAR多模接收/激励子系统

为适应无人机载SAR侦察系统高分辨、大测绘带、微型化要求,接收/激励子系统采用了直接解调与去调频兼容工作方式,使系统基于100 MHz实时处理器实现最高达0.5 m分辨率多种工作模式,并具有大测绘带功能。采用了基于高速数字直读波形产生技术实现了发射信号和去调频信号的预失真补偿,结合接收通道失真的大闭环补偿,在大带宽时获得优于-40 dB距离峰值副瓣。采用了多重隔振和小型化结构设计实现了强环境适应性和振动条件下高频率稳定度。     

天线阵列编码合成孔径成像

合成孔径雷达(SAR)方位理论分辨率为天线长度的二分之一,使得SAR高分辨率、远距离成像对天线的要求相互矛盾。该文提出了对天线阵列编码的合成孔径成像方法,通过将长天线分解为子阵、发射不同的信号进行阵列编码、协同工作,提高空间能量利用率,实现子阵小天线的高分辨率以及全阵列长天线的高增益,从而解决了高分辨率与远距离成像难以同时兼顾的问题。在介绍阵列编码基本概念的基础上,给出了阵列编码雷达成像模型及处理流程,对系统的分辨率、信噪比、脉冲重复频率(PRF)及距离方位模糊等性能进行了理论分析与探讨。在飞行测试实验中,用4个子阵获取了方位分辨率优于0.1 m、幅宽超过8 km的连续条带图像,打破了传统SAR采用聚束模式实现高分辨率时只能小范围成像的制约,新方法为解决传统SAR的原理限制问题提供了有效的途径。同时,通过阵列编码扩展了信号维度,为雷达系统能力的增强提供了技术基础。理论分析及实验结果验证了该文天线阵列编码方法的显著优势及工程实现的可行性。      

EMISAR: an absolutely calibrated polarimetric L- and C-band SAR

EMISAR is a high-resolution (2×2 m), fully polarimetric, dual-frequency (L- and C-band) synthetic aperture radar (SAR) system designed for remote-sensing applications. The SAR is operated at high altitudes on a Gulfstream G-3 jet aircraft. The system is very well calibrated and has low sidelobes and low cross-polar contamination. Digital technology has been utilized to realize a flexible and highly stable radar with variable resolution, swath width, and imaging geometry. Thermal control and several calibration loops have been built into the system to ensure system stability and absolute calibration. Accurately measured antenna gains and radiation patterns are included in the calibration. The processing system is developed to support data calibration, which is the key to most of the current applications. Recent interferometric enhancements are important for many scientific applications     

基于分块预判断的SAR图像舰船目标检测方法

由于具有恒虚警和自适应的能力,恒虚警率(CFAR)是应用最为广泛的SAR图像舰船检测算法之一,它在传统的中低分辨力图像中效果较好。但随着合成孔径雷达(SAR)幅宽与分辨力的提高,这种检测方法已不能满足舰船检测的近实时性要求。本文针对高分辨宽幅SAR图像中的舰船检测问题,提出了一种基于分块预判断的SAR图像舰船目标检测方法。该方法首先对SAR图像进行分块,然后利用一个预先训练的支持向量机(SVM)分类器对所有分块进行可能性判断,最后只对判断为存在目标的分块进行能量比检测。基于实测数据的实验表明,本文方法较以往算法在取得较好检测效果的同时,检测效率也有较大提升。     

高分辨率宽测绘带星载SAR距离向DBF处理

该文在研究星载SAR使用距离向数字波束形成(DBF)实现宽测绘带的基础上,通过理论推导和仿真分析了仅做时域加权DBF处理对成像结果幅度和分辨率的影响,并进一步针对DBF-SAR扫描接收方式研究了4种适用于不同发射信号脉宽的距离向DBF处理方法。仿真验证了4种处理方法在各自的前提下能有效实现距离向宽测绘带接收。     

宽测绘带SAR成像的一种侧摆模式及其压缩感知处理方法

宽测绘带合成孔径雷达(SAR)采用了不同的信号录取方式及成像算法,但现有的ScanSAR和循序扫描体制(TOPSAR)往往会造成场景分辨率的整体下降。针对这一问题,该文采用一种新的侧摆模式进行宽幅场景成像。该模式通过距离向波束角度的变化,以损失部分积累时间为代价,得到宽幅场景的回波信号,继而采用稀疏算法在方位向实现降采样成像。仿真结果表明,在波束变化轨迹确定后,星载雷达侧摆模式下稀疏SAR成像可有效增加场景幅宽,同时确保场景中心区域的高分辨成像。     

Theoretical Evaluation of Several Possible Along-Track InSAR Modes of TerraSAR-X for Ocean Current Measurements

The German satellite TerraSAR-X, scheduled for launch in late 2006, will permit high-resolution ocean current measurements by along-track interferometric SAR (along-track InSAR) in various experimental modes of operation, using different sections of its X-band SAR antenna array with a total length of 4.8 m as individual receive antennas. Depending on antenna and receive-chain settings, effective InSAR time lags of about 0.17 to 0.29 ms can be realized in combination with different noise levels, single-look resolutions, swath widths, and incidence angles. We give an overview of the characteristics of the possible InSAR modes and evaluate their suitability for current measurements on the basis of simulated data products. Our results indicate that the quality of interferometric stripmap data from TerraSAR-X will be clearly superior to the quality of the existing data acquired over the Dutch coast during the Shuttle Radar Topography Mission; accurate current retrievals can be expected at effective spatial resolutions on the order of 500 m. However, in modes using a multiplexed single receive chain, the effective swath width of stripmap data will be limited to only 15 km, while dual receive-chain operation offers a swath width of 30 km for stripmap data and promises a reasonable data quality even for ScanSAR data with a maximum swath width of 100 km. Finally, we consider fundamental relations between along-track baseline, instrument noise, and resulting InSAR phase noise to discuss the potential for current measuring performance improvements of TerraSAR-X follow-on satellites     

Conceptual Performance of a Satellite Borne, Wide Swath Synthetic Aperture Radar

A satellite borne synthetic aperture radar can image a wide swath in the order of 700 km with one-look 100-m resolution. If the design meets the ambiguity constraints at the far edge of the swath, the maximum swath width is independent of both radar wavelength and shape of the physical antenna aperture. The antenna pattern can be a pencil beam scanned in the elevation plane, or a fan beam formed by a long antenna. The scanning pencil beam antenna may be a phased array or multiple-feed reflector which may be more practical than a long antenna to image a wide swath. Design performance trade computations are presented involving resolution, swath width, antenna area, average transmitter power and digital data rate.     

一种高分辨率聚束SAR运动补偿算法研究

聚束SAR模式是获得高分辨率雷达图像的一种有效的方法。由于合成孔径时间较长,载机在合成孔径时间内飞行的非平稳性造成图像严重散焦,并且高分辨率SAR的距离向信号也存在相位误差。该文提出一种新的基于回波数据的运动补偿方法对载机的位置误差、距离向相位误差以及残余包络误差进行有效的估计,得到高分辨率的聚束SAR图像,并通过实测数据验证了该文方法的有效性。     

基于方位向波束扫描的宽测绘带SAR方法研究

宽测绘带合成孔径雷达(SAR)是目前SAR研究的一个热点问题，在需要全球动态观察或高重复周期观察局部地区的应用中都希望能进行宽测绘带成像。在宽测绘带SAR方法中的关键问题是如何在混叠的信号中提取出各个子测绘带的回波，在现有的宽测绘带SAR方法中多数是基于距离向多波束、距离向脉冲编码、距离向自适应聚焦等方法区分各个子测绘带的回波。文中提出了一种基于方位向波束扫描的宽测绘带方法，可以在方位向频谱上区分各个子测绘带的回波，从而在保持SAR分辨率的情况下扩展测绘带。     

SAR非均匀采样信号频谱重构

在常规星载SAR系统中,测绘带宽和分辨率之间存在矛盾,采用方位向多相位中心多波束模式可以很好地解决这个问题。但在方位向多相位中心多波束SAR系统中,要想实现宽幅成像,其方位向上回波的采样时刻大多是不均匀的。文中主要分析和研究如何重构非均匀采样信号的频谱。非均匀采样信号频谱重构的仿真结果证明了该重构算法的正确性。     

步进正负调频信号实现MIMO SAR距离高分辨

带宽合成技术通过多子带步进调频信号的数据融合实现距离向超高分辨。单相位中心顺序收发的模式对系统PRF要求较高,在星载条件下不利于实现高分大测绘带成像。文章对基于多发多收（MIMO）SAR系统的子带并发体制进行研究,详细阐述该体制下子带信号合成的方法,指出带宽合成前必须对相位中心的位置差异进行校正,针对子带串扰带来的虚像问题,首先对其出现机理进行详细分析,最后提出应用步进正负调频信号的方法,在距离压缩后进行子带合成,在实现距离高分辨的同时进一步抑制虚像峰值,仿真结果验证了方法的有效性。      

多模式斜视多通道SAR成像方法

方位多通道技术是当前合成孔径雷达（SAR）系统主流的高分宽幅实现方式。而将方位多通道技术与斜视波束扫描（聚束、滑动聚束、TOPS）工作模式相结合可以实现灵活的更高分辨率或者更宽幅宽的遥感观测。然而由于斜视以及波束扫描会使得回波信号的多普勒带宽远大于通道数与脉冲重复频率（PRF）的乘积,使得传统的多通道成像方法失效。为了解决上述问题,本文提出一种基于方位去斜加方位重采样的多模式斜视多通道SAR成像方法,该方法通过对各个通道信号分别进行方位去斜以及对去斜、线性距离走动校正（LRWC）后的信号进行方位重采样来解决方位时变的问题,使得传统的多通道成像方法可以使用。理论分析与实验结果均验证了该方法可以处理多模式的斜视多通道SAR数据,并且得到聚焦良好的图像。     

基于GF-3照射的星机双基SAR成像及试验验证

星机双基地合成孔径雷达（SAR）利用卫星发射、机载接收实现对地海面目标的高分辨成像,具有可成像范围广、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点,且可以实现前视、斜视、侧视等多种模式的成像,提供更加丰富的地物信息,具有十分广阔的民用和军事应用前景。针对星机双基SAR,本文首先分析了成像性能与处理方案。随后,描述了基于高分三号SAR卫星照射的星机双基SAR成像试验构型与收发系统组成。最后,给出了星机双基SAR试验的成像结果,并结合成像区域的光学图像分析了系统成像性能。     

基于ω-k算法的宽测绘带星载SAR成像处理

本文提出了一种适用于宽测绘带星载SAR成像处理的改进ω-k算法.在用经典ω-k算法来处理星载SAR数据时,离参考距离越远图像形变和方位聚焦质量下降就越严重,这严重地限制了测绘带宽度.本文在ω-k算法的基础上提出了用等效视角补偿和等效速度补偿来校正图像形变和提高方位聚焦质量的改进算法.实验表明这种算法能够高效地对宽测绘带星载SAR数据进行精确成像处理.